淺談配位反應在化學和生物中的應用

袁曉艷

(遼寧朝陽師范高等專科學校生化工程系 遼寧朝陽 122000)

配位化合物也稱絡合物,由于幾乎所有的化學元素都能形成配合物,其數(shù)量龐大,性能獨特,使配位化學在科學研究及生產實踐中應用極為廣泛,滲透到分析化學,有機化學,結構化學,催化化學和生物化學等各個領域中,發(fā)展成為化學學科中的一個獨立分支。

1 配位化合物結構特點

在配位化合物中,中心原子和配位體之間是以 配位鍵相結合,其中配位體可以提供孤對電子或π電子,中心原子可以接受孤對電子或π電子,配合物是具有一定空間構型的復雜離子或分子。根據(jù)配位原子數(shù)目不同,配合物分為簡單配合物,螯合物,多核配合物,羰合物,烯烴配合物,多酸型配合物,種類繁多,應用廣泛。

2 配位化合物在化學方面

首先,可以進行離子的掩蔽,例如,在含有Fe3+和Co2+離子的溶液中,鑒定Co2+時,由于KSCN與Co2+作用生成艷藍色溶液,可以確定Co2+的存在。但Fe3+和KSCN作用有血紅色產生,妨礙了對Co2+的鑒定,因此,事先在溶液中加入NaF配位劑,F-與Fe3+作用生成無色穩(wěn)定的[FeF6]3-離子,從而排除Fe3+對Co2+鑒定的干擾作用。

其次,可以進行離子的分離,在含有Zn2+和Al3+的溶液中加入過量氨水,Zn2+與過量的氨水作用生成沉淀后又溶解生成無色溶液,而Al3+與過量氨水作用,生成白色溶液,通過過濾后,達到二者分離的目的。

還有,用于離子的鑒定,例如,二價銅離子與 氨分子形成深藍色的四氨合銅配離子而鑒定二價銅離子,二價鎳離子與丁二肟在弱堿性介質中可形成鮮紅色難溶二(丁二肟)合鎳而鑒定二價鎳離子。

在有機合成中,利用配位反應可以產生的催化作用,合成許多有機化合物,例如,利用 氯化銅和氯化鈀 的稀鹽酸溶液做催化劑,乙烯合成乙醛,首先二價鈀離子和乙烯形成配合物,使乙烯雙鍵被削弱而活化,然后,乙烯容易被氧化成乙醛。

在冶金工業(yè)方面,利用過渡元素與一氧化碳 形成金屬羰基配合物的特點,可以制備高純度金屬,例如,將含有雜質的鐵制成五羰基合鐵,由于五羰基合鐵容易揮發(fā),受熱易分解,從而制備高純度鐵粉。制造鐵芯和催化用的高純度鐵粉正是運用了這一原理。在實際生產中,從礦石中提取貴金屬是比較困難的,利用配位反應可以做到。例如,提取金的過程中,因為金難氧化,但在空氣存在的條件下,金溶于氰化鈉溶液中,金與氧氣和氰化鈉作用生成二氰合金配離子而溶解,然后用鋅粉在溶液中將金置換出,從而提取到金。提取銀也可以用此類方法。

在電鍍工業(yè)方面,對鍍層質量的要求是很高的,要致密,牢固,光亮,均勻,這就要求金屬離子在陰極鍍件上的還原速度不應該太快,因此控制鍍件中有關金屬離子的濃度時非常必要的。多年來,采用氰化鈉使有關金屬離子轉變?yōu)榍韬吓潆x子,以降低鍍液態(tài)中簡單金屬離子的濃度,在鍍銅,銀,金,鋅,錫等工藝中都采用這種方法。由于氰化物劇毒,目前采用非氰配位劑,以保護環(huán)境。

3 配合物在生物和醫(yī)藥方面的應用

在生物方面,配位化合物中的螯合物在生物體中起著非常重要作用。例如,釩,鉻,鐵,錳,鈷,鎳,鉬是生命必須的元素,這些金屬元素與生物配體進行配位作用,從而產生生物學效應,例如,二價鐵離子與卟啉類配體結合形成配合物是血紅蛋白,在血紅蛋白結構中,二價鐵離子是中心原子,六個配位原子占據(jù)了八面體的六個頂點,四個氮原子作為配位原子來源于卟啉環(huán),另二個配位原子,一個是配位水分子中的氧原子,還有一個是另一個分子的血紅蛋白質肽鏈中的一個組氨酸氮原子。血液中的血紅蛋白在肺部攝取氧氣,而將水替代下了,當血液流動時,結合氧氣的血紅蛋白被輸送到身體的各個部位,在需氧 的地方釋放氧氣,又將水交換上去,從而起到輸送氧氣作用。生物體中各種各樣起特殊作用的酶都屬于有機金屬配合物,例如,植物進行光合作用所必須的葉綠素,是以二價鎂離子為中心的復雜配離子,植物固氮酶是鐵和鉬的蛋白質 配合物。例如,在醫(yī)學上,常利用配合反應除去進入人體中的某些有毒元素,例如,EDTA的鈣鹽是一種高效解毒劑,當人體發(fā)生鉛中毒時,將Na2[Ca(EDTA)]溶于生理鹽水或葡萄糖形成溶液,注射到體內,鉛離子與Na2[Ca(EDTA)]作用,將鉛離子絡合起來,形成[PbEDTA]2-及剩余[CaEDTA]2-均可隨尿排出體外,從而達到解鉛毒的目的。

4 結語

總之,近些年來,我國的配位化學發(fā)展是突飛猛進的,在發(fā)展傳統(tǒng)的配合物體系之外,還沿著深度,廣度和應用方向發(fā)展。在新型大環(huán)、大分子配體配合物以及特異結構性能模型配合物方面,在主族元素和過渡元素金屬有機化合物、簇合物及多核配合物方面,在具有光、電、熱、磁等特性的新型配合物及其功能的微觀機理方面,配合物的光電學和電化學,固體和界面配位化學、超分子配位化學和分子識別和組裝等諸多方面進行探討和研究.同時,配位化學和其他相關學科相互交叉和滲透,配位化學的原理和規(guī)律,將在分子水平上對未來復雜的分子層次以上聚集態(tài)體系的研究起著重要作用,其概念及方法也將超越傳統(tǒng)學科的界限。配位化學和有機化學、分析化學、環(huán)境化學、材料化學、生物化學、等學科的結合已經取得很大進展。以后,加強一些薄弱領域的研究,例如,配位光化學、納米配位化學、新型功能配合物、金屬配合物、界面配位化學、配位超分子化合物等,這必將給配位化學帶來新的發(fā)展前景。

[1]四川大學工科基礎化學教育中心,近代化學基礎.北京:高等教育出版社,2001.

[2]北京師范大學,華中師范大學,南京師范大學,無機化學教研室編.高等教育出版社,2005.